Faraday e Maxwell: Campi, simmetrie e luce(Massimo Nocente)
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FARADAY E MAXWELL: CAMPI, SIMMETRIE E LUCE Una crisi annunciata Massimo Nocente L’elettromagnetismo domina la nostra vita quotidiana Fenomeni elettrici e magnetici fino a fine Settecento: due realtà distinte (e scarso interesse) Effetti elettrici dovuti a strofinio Attrazione magnetica tra alcuni materiali Bussola: 1200 d.C. Uno studio rigoroso della forza tra due cariche elettriche: l’esperimento di Coulomb • La forza elettrica si manifesta tra cariche • Può essere di natura repulsiva o attrattiva • Mostra le stesse dipendenze della legge di gravitazione universale Legge di Coulomb ๐๐๐๐ ๐ญ=๐ ๐ ๐ ๐๐๐๐ ๐ญ=๐ฎ ๐๐ Legge della gravitazione universale Il problema dell’interazione a distanza e il concetto di campo Concezione newtoniana q1 F12 F21 Concezione di campo (Faraday) q2 La forza tra due corpi è esercitata istantaneamente a distanza (velocità infinita di “propagazione dell’interazione”); l’interazione tra i corpi è diretta L’interazione non è tra le cariche, ma tra la carica e il campo (elettrico), che è il mediatore dell’interazione Una metafora per comprendere il concetto di campo Sorgente del campo Oggetto su cui (q1>0) agisce il campo Campo (q2<0) ๐ ๐ฌ=๐ ๐ ๐๐ In assenza di campo la carica q2 non è in moto In presenza di campo, prodotto da q1, lo spazio è permeato dal campo e la carica q2 si muove, perchè soggetta al campo Problema aperto: Con quale velocità propaga il campo? Correnti e fenomeni magnetici Per generare un campo elettrostatico servo cariche ferme Che cosa generano le cariche in movimento = correnti? B I campi magnetici sono generati dalle correnti e agiscono sulle correnti Simmetria tra cariche ferme e in moto: sorgenti dei e soggette ai rispettivi campi Campi elettrici e magnetici si possono indurre l’un l’altro B Michael Faraday Un flusso di campo magnetico variabile Campo nel tempo induce un campo elettrico elettrico (si può mostrare anche il viceversa) Campo magnetico L’unificazione di fenomeni elettrici e magnetici nelle equazioni di Maxwell ๐ ๐โ๐ฌ= ๐๐ ๐ โ ๐ฉ =0 ๐๐ฉ ๐×๐ฌ=− ๐๐ ๐๐ฌ ๐ × ๐ฉ = ๐๐ ๐ฑ + ๐บ๐ ๐๐ ๐๐ Campo elettrico e magnetico propagano come onde a velocità finita: le onde elettromagnetiche A che velocità propagano le onde elettromagnetiche? Esperimento di Fizeau sulla Teoria di Maxwell velocità della luce ๐ ๐ ≈3โ108 m/s 8 ๐= ≈3โ10 m/s ๐บ๐ ๐๐ La luce è un’onda elettromagnetica Si risolve anche il problema dell’interazione istantanea (Concetto di potenziale ritardato o di Liénard-Wiechert) q1 q1 Il ricevitore “vede” la carica al tempo t’=t-Dx/c non a t Velocità finita di propagazione del campo!!! E’ “solo” una teoria? Hertz dimostra la produzione e la rivelazione delle onde e.m. Marconi e la radio (1901) Prima illuminazione elettrica del teatro alla Scala (1883) Le leggi fondamentali e i fatti più importanti della fisica sono stati tutti scoperti, e sono così ben stabiliti che è assolutamente remota la possibilità che vengano soppiantati a seguito di nuove scoperte. Albert Michelson, 1899 L’inizio della crisi • Le onde elettromagnetiche propagano anche nel vuoto (a differenza delle onde elastiche e sonore che propagano in un mezzo) Ipotesi dell’etere Mezzo che permea tutto l’universo: -poco denso per permettere ai corpi di muoversi attraverso esso - molto rigido per permettere alla luce di propagare ad altissima velocità La velocità della luce è indipendente dal sistema di riferimento ๐= ๐ ≈3โ108 ๐บ๐ ๐๐ m/s Contraddice il principio di relatività galileiano c c+v v Teoria dell’elettromagnetismo ๐= ๐ ≈3โ108 ๐บ๐ ๐๐ Suggerisce m/s Esistenza di un sistema assoluto (etere; Newton) Contraddice Ciascuna teoria NON è contraddetta dai dati sperimentali dell’epoca Serve un nuovo paradigma Relatività galileiana ๐ ๐โ๐ฌ= ๐๐ ๐ โ ๐ฉ =0 ๐๐ฉ ๐×๐ฌ=− ๐๐ ๐๐ฌ ๐ × ๐ฉ = ๐๐ ๐ฑ + ๐บ๐ ๐๐ ๐๐ Grazie dell’attenzione!
